Orientador: Daniela Alonso Bocchini / Banca: Luis Henrique Souza Guimarães / Banca: Kelly Johana Dussan Medina / Banca: Jonas Contiero / Banca: Eleni Gomes / Resumo: Atualmente, há um crescente interesse na produção de bioetanol celulósico como biocombustível de segunda geração, sendo uma alternativa promissora aos combustíveis fósseis. Fungos tem sido constantemente isolados na busca por novas fontes de celulases e os endofíticos são interessantes para esta finalidade, por serem potenciais produtores de enzimas de degradação de material vegetal, incluindo celulases, e pouco estudados neste sendido. O presente estudo teve por finalidade a avaliação da influência das condições de cultivo (isolado e co-cultivo) para a produção de celulases pelos fungos endofíticos Botryosphaeria sp. AM01 e Saccharicola sp. EJC04, por meio de metodologias estatísticas, além da utilização dos extratos enzimáticos na sacarificação do bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado hidrotérmicamente com NaOH, otimizando-se também esta etapa empregando-se as ferramentas estatísticas citadas. Para a condição de co-cultivo dos fungos, a quantidade de substrato (5,7g) e a umidade inicial do substrato (60,6%) foram otimizadas visando maximizar a produção de endoglunacase (121,56 U/g). Para o cultivo isolado de Botryosphaeria sp. AM01, foi possível a produção de endoglunacase (168,99 U/g), empregando a concentração de NaNO3 a 6,0 g/L e 5,0 g como quantidade de substrato. Para o cultivo isolado de Saccharicola sp. EJC04, obteve-se a condição ótima para produção de β-glicosidase (750,37 U/g) na concentração de ureia de 0,0836 g/L, teor de umidade de 49,2% e quantidade de substrat... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: There is a great interest in the production of cellulosic bioethanol as second generation biofuel and it is a promising alternative to fossil fuels. Fungi have been constantly isolated in the search for new sources of cellulases and the endophytics interesting for this purpose, being potential producers of plant material degrading enzymes, including cellulases, and underexploited in this sense.The present study had as purpose the optimization of culture conditions (monoculture and co-cultivation) for the production of cellulases by the endophytic fungi Botryosphaeria sp. AM01 and Saccharicola sp. EJC04, by statistics methodology, and also the use of enzymatic extracts in saccharification of sugarcane bagasse submitted to hydrothermal pretreatment with NaOH, optimizing this step using those statistical tools. For the fungi co-cultivation, the amount of substrate (5.7g) and the substrate initial moisture (60.6%) were optimized to maximize the production of endoglunacase (121.56 U/g). For the monoculture of Botryosphaeria sp. AM01, it was possible to produce endoglunacase (168.99 U/g), using the concentration of NaNO3 at 6.0 g/L and 5.0 g as substrate amount. For the monoculture of Saccharicola sp. EJC04, the optimal condition for β- glycosidase production (750.37 U/g) was obtained using urea at 0.0836 g/L, initial substrate moisture at 49.2% and substrate amount of 3.84 g. The enzymatic extracts obtained under optimized conditions were used in the saccharification of sugarcane bagasse submitted to alkaline hydrothermal pretreatment with NaOH. The pre-treated bagasse characterization indicated 59.52, 31.62 and 11.32% as the contents of cellulose, hemicellulose and lignin, respectively. The saccharification performed with the enzymatic extract produced by Botryosphaeria sp. AM01 was more efficient in glucose (Full abstract, click on electronic access below) / Doutor

Orientador: Daniela Alonso Bocchini / Banca: Kelly Johana Dussan Medina / Banca: Jonas Contiero / Resumo: Os principais desafios para a produção de etanol celulósico se relacionam aos custos de obtenção das celulases, à disponibilização da celulose presente nos materiais lignocelulósicos (para maior rendimento da sacarificação enzimática), bem como à eficiente conversão da glicose liberada em etanol. As celulases microbianas têm sido extensivamente estudadas nos últimos anos, visando a sua aplicação no bagaço de cana-de-açúcar para liberação de açúcares fermentescíveis e posteriormente a produção de etanol celulósico. O presente trabalho teve como objetivo o estudo da produção de celulases por oito fungos endofíticos, por fermentação em estado sólido (FES) e a utilização dos extratos enzimáticos na sacarificação do bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado. Os fungos foram cultivados utilizando-se quatro misturas (1:1 p/p) de diferentes substratos lignocelulósicos, sendo selecionada para cada fungo, a mistura que proporcionou as maiores atividades de celulases nos extratos enzimáticos obtidos. Tais enzimas foram utilizadas na sacarificação do bagaço de cana submetido a pré-tratamento hidrotérmico alcalino (NaOH 5% p/v), o qual apresentou a vantagem de gerar uma baixa concentração de inibidores, seguindo três diferentes protocolos de sacarificação. Nesta etapa, foram selecionados os fungos Phomopsis stipata SC 04 (concentrações de glicose de 3,82 e 4,72 mg/mL nos hidrolisados obtidos pelos Protocolos 1 e 2 de sacarificação respectivamente) e Botryosphaeria sp. AM 01 (concentração de gl... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The main challenges for cellulosic ethanol production have been related to cellulases costs, to the availability of cellulose in lignocellulosic materials (for higher yield of enzymatic saccharification), as well as to the efficient conversion of glucose in ethanol. Microbial cellulases have been extensively studied in the last years, aiming its application on sugarcane bagasse to release of fermentable sugars and later the cellulosic ethanol production. The present work had as objective the study of cellulase production by eight endophytic fungi by solid-state fermentation (SSF), and the use of the enzymatic extracts in saccharification of pre-treated sugarcane bagasse. The fungi were cultivated using four mixtures (1:1 w/w) of different lignocellulosic substrates, has being selected for each fungus, the mixture that provided the highest cellulases activities in the enzymatic extracts obtained. These enzymes were used in the saccharification of sugarcane bagasse submitted to alkaline hydrothermal pre-treatment (NaOH 5% w/v), which had the advantage of generates a low inhibitors concentration, following three different saccharification protocols. In this step, the fungi selected were Phomopsis stipata SC 04 (glucose concentration of 3.82 and 4.72 mg/mL in the hydrolysates obtained from saccharification Protocols 1 and 2, respectively), and Botryosphaeria sp. AM 01 (glucose concentration of 4.01 mg/mL in the hydrolysate obtained from saccharification Protocol 2). Experimental ... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Tese (doutorado)-Universidade Federal do Parana / Made available in DSpace on 2012-10-16T08:57:27Z (GMT). No. of bitstreams: 0

Orientador: Crispin Humberto Garcia Cruz / Banca: Vanildo Luiz Del Bianchi / Banca: Fernanda Maria Pagane Guereschi Ernandes / Resumo: A produção de biocombustíveis é uma necessidade e existe a procura de processos economicamente viáveis de obtenção a partir de fontes renováveis de energia, destacando-se a produção de etanol a partir de materiais lignocelulósicos. O objetivo deste trabalho foi obter etanol a partir do hidrolisado do bagaço de cana-de-açúcar por fermentação pelo consórcio formado por Pachysolen tannophilus e Zymomonas mobilis. Os métodos para a hidrólise do bagaço de cana-de-açúcar, foram variações da concentração de H2SO4 de 0 a 5% v/v, tempo de 15 e 30 min a 121°C e 12 e 24 h a temperatura ambiente e aplicação de desintoxicação com carvão ativado. Para as fermentações até 72 h realizou-se um planejamento experimetal com as variáveis independentes: pH inicial (4,5; 5,5 e 6,5), temperatura (25; 30 e 35 °C), agitação (0; 75 e 150 rpm), tempo de incubação (24; 48 e 72 h) e concentração do substrato (5; 10 e 15% m/v) utilizando três meios de fermentação (glicose, hidrolisado sem desintoxicar e hidrolisado desintoxicado). Para analisar a cinética, a fermentação foi monitorada a cada 2 h no período de 24 h em pH 5,5 a 30°C, sem agitação com 15% m/v de substrato para cada micro-organismo nos três meios testados. Para a fermentação com o consórcio os micro-organismos foram inoculados juntos ao início da fermentação dividida em dois grupos um foi em pH 4,5 com 5% de substrato e outro em pH 6,5 com 15% de substrato, sem agitação a 30°C em 24 h monitorada a cada 2 h. Os resultados para a hidrólise o resultado de açúcares totais para o padrão escolhido (2% de H2SO4 em 15 min a 121 ºC) foi de 78,7 mg/mL. A desintoxicação apresentou redução de 26,2 % de compostos fenólicos totais. A maior produção de etanol por Z. mobilis foi de 36,6 mg/mL no tempo de fermentação de 6 h. Por P. tannophilus foi de 39,8 mg/mL no ensaio com 72 h, 35 °C, 150 rpm, pH 6,5 e 15% m/v com meio hidrolisado sem desintoxicar ... / Abstract: The biofuel production is necessary and there are searches for economically viable processes for the production from renewable energy sources, stands out ethanol production from lignocellulosic materials. The aim of this study was to obtain ethanol from sugarcane bagasse hydrolyzate with fermentation by Zymomonas mobilis and Pachysolen tannophilus consortium. The methods for sugarcane bagasse hydrolysis were variations in the concentration of H2SO4 from 0 to 5% v/v, time 15 to 30 min at 121 °C, 12 and 24 h at ambient temperature and submission of detoxification with activated charcoal. For up to 72 h fermentations made experimetal planning with independent variables: initial pH (4,5; 5,5 and 6,5), temperature (25, 30 and 35 ° C), agitation (0; 75 and 150 rpm), incubation time (24; 48 and 72 h) and substrate concentration (5; 10 and 15% w/v) using three fermentation media (glucose, hydrolyzed without detoxify and detoxified hydrolyzate). To evaluate kinetics, the fermentation was monitored every 2 h during 24 h at pH 5,5 at 30 °C without shaking with 15% w/v substrate, for each micro-organism. The consortium fermentation, micro-organisms were inoculated together at the beginning of fermentation and was divided into two groups one was at pH 4,5 with 5% and another substrate at pH 6,5 with 15% substrate without shaking at 30 °C 24 h monitored every 2 h. The results for hydrolysis to total sugars of chosen standard (2% H2SO4 for 15 min at 121 °C) were 78,7 mg/mL. The detoxification decreased 26, 2% of total phenolic compounds. The higher ethanol production by Z. mobilis was 36,6 mg/mL in 6 h of fermentation. For P.tannophilus was 39,8 mg/mL in 72 h, 35 °C, 150 rpm, pH 6,5 and 15% w/v with without detoxify hydrolyzate medium and 38,7 mg/mL in detoxified hydrolyzate medium at 6 h. The consortium obtained 42 mg/mL of ethanol under pH 6,5 with 15% w/v detoxified hydrolyzate medium at 6 h with productivity of 5,4 g/L.h-1. The consortium was ... / Mestre

Orientador: Saulo Philipe Sebastião Guerra / Banca: Maura Seiko Tsutsui Esperancini / Banca: Kleber Pereira Lanças / Banca: Gustavo Kimura Montanha / Banca: Jorge Mangolini Neves / Resumo: A cana-de-açúcar é plantada em 23 estados brasileiros totalizando mais de 10,2 milhões de hectares, e para cada hectare existem em torno de 10 toneladas de palhiço (bs), biomassa resultante da colheita mecanizada. O aproveitamento deste material é importante economicamente devido à quantidade disponível, diversificação da matriz energética, geração de energia elétrica, e produção de etanol e de papel. Devido à entressafra na produção de cana-de-açúcar, é necessário a estocagem dos fardos produzidos em grandes pilhas por até um ano, sendo a forma mais adequada de armazenamento de fardos de palhiço ainda desconhecida, o que proporcionou incêndios de grandes proporções em algumas usinas. Com o objetivo de proporcionar técnicas mais eficientes no armazenamento de palhiço, foi avaliada, a partir de técnicas geoestatísticas, a distribuição da umidade no interior de pilhas armazenadas em campo, sem cobertura, em duas densidades de enfardamento, três quantidades de água acumuladas de precipitações, e à picagem ou não do palhiço antecedendo o enfardamento. Também, foi analisada a viabilidade econômica entre duas rotas de aproveitamento do palhiço, desde o campo até a indústria, diferindo-se pelo momento em que é realizada a trituração do palhiço. Em todos os tratamentos avaliados foi observada a existência de dependência espacial, sendo possível a utilização de métodos geoestatísticos para análise. O modelo esférico foi o mais adequado para descrever o comportamento da umidade no inte... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Sugarcane is planted in 23 Brazilian states totalling more than 10.2 million hectares, and for each hectare there are around 10 tons of straw (db), biomass resulting from mechanized harvesting. The use of this material is economically important due to the quantity available, energy matrix diversification, electric power generation, and ethanol and paper production. Due to the off-season in the production of sugarcane, it is necessary to store the bales produced in large piles for up to one year, being the most adequate form of storage of bales still unknown, which caused fires of great proportions in some plants In order to provide more efficient techniques for the storage of straw, we evaluated the distribution of moisture inside piles stored in the field, without cover, in two baling densities, three accumulated amounts of precipitation, and to the crushing or not of the straw before the baling. Also, the economic viability between two routes of exploitation of the straw was analyzed, from the field to the industry, differing by the moment in which the straw is crushed. In all the evaluated treatments the existence of spatial dependence was observed, being possible the use of geostatistical methods for analysis. The spherical model was the most appropriate to describe the behavior of moisture inside the cells. The crushing of straw affected the distribution of moisture, as well as the density and amount of precipitation accumulated. For short storage periods, bales of crush... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Submitted by Pós graduação Engenharia Civil (ppec@ufba.br) on 2017-08-04T19:44:07Z No. of bitstreams: 1 Tiago Assunção Santos.pdf: 2860961 bytes, checksum: bef7abeef05f27902d212af49a3efd84 (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Reis (vanessa.jamile@ufba.br) on 2017-08-09T15:24:08Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Tiago Assunção Santos.pdf: 2860961 bytes, checksum: bef7abeef05f27902d212af49a3efd84 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-09T15:24:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tiago Assunção Santos.pdf: 2860961 bytes, checksum: bef7abeef05f27902d212af49a3efd84 (MD5) / FAPESB / O mundo está passando por um processo de desenvolvimento tecnológico intenso, tendo como consequência o aumento da emissão de gases poluentes para atmosfera, extração dos recursos naturais não renováveis e da disposição inadequada de resíduos sólidos. Dentre os diversos tipos de resíduos está o bagaço da cana-de-açúcar (BCA), que pode ser considerado como biomassa, sendo gerado no processamento da cana-de-açúcar utilizada para a produção de combustível (biodiesel e etanol) e açúcar. O BCA, queimado em caldeiras no processo de cogeração de energia elétrica, é responsável por gerar a cinza de bagaço de cana-de-açúcar (CBCA), que é o resíduo final da indústria sucroalcooleira. Analisando esse contexto, este estudo propõe estimar o potencial calorífico (PC) do BCA e avaliar a pozolanicidade das CBCA, obtidas por meio da calcinação nas temperaturas de 500°C, 600°C e 700°C, estudando o seu reaproveitamento como substituto parcial do cimento Portland. Inicialmente, o PC do BCA foi analisado por meio de uma bomba calorimétrica e posteriormente foi realizada a análise da pozolanicidade das CBCA por meio de titulação química, proposta por Fratini, Chapelle modificado, condutividade elétrica (método de Luxan) e determinação do índice de atividade pozolânica (IAP). Após avaliar a reatividade das cinzas, foram realizados estudos em pastas cimentícias contendo substituição parcial do cimento por CBCA nos teores de 0%, 20% e 35%, nas idades de 7, 28 e 91 dias, utilizando técnicas de difração de raios X e análises térmicas. Na avaliação do PC do BCA, foi possível observar que o teor de umidade influencia diretamente no processo de cogeração de energia elétrica, reduzindo o seu potencial calorífico, tornando não viável a utilização desta biomassa como fonte energética. No entanto, as cinzas provenientes desta queima apresentaram considerável atividade pozolânica, sem influência significativa da temperatura de calcinação do BCA, com um teor de ótimo substituição de cimento Portland por CBCA igual a 20%.

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2018-01-19T11:42:45Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 804820 bytes, checksum: 1d6c01f9b6cbd5f4e3e61bbba11e4db6 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-19T11:42:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 804820 bytes, checksum: 1d6c01f9b6cbd5f4e3e61bbba11e4db6 (MD5) Previous issue date: 2017-07-21 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A eficiência da hidrólise da biomassa lignocelulósica apresenta algumas limitações, dentre elas a possível adsorção inespecífica das enzimas à lignina. Os objetivos deste trabalho foram avaliar o perfil de adsorção de proteínas e enzimas do fungo fitopatogênico Chrysoporthe cubensis em bagaços de cana-de-açúcar pré-tratados e com diferentes conteúdos de lignina e avaliar a eficiência da recuperação destas enzimas e proteínas utilizando metodologias de reciclagem enzimática. De modo a obter o extrato enzimático, o fungo foi cultivado sob fermentação em estado semi-sólido com farelo de trigo. Os bagaços de cana foram pré-tratados com NaOH (BAL) e com H 2 SO 4 (BAC), de modo a conter 8,1% e 33,8% de lignina, respectivamente. A isoterma de Langmuir obtida pelo experimento em condições não hidrolíticas, revelou os parâmetros Pmax e Kp superiores para BAC, e K superior para BAL. Ao final da hidrólise, BAC foi capaz de adsorver maiores quantidades de proteínas, comparado ao substrato BAL. As enzimas celobiohidrolase e xilanase sofreram maiores adsorções em BAC, e de modo contrário, a endoglucanase adsorveu majoritariamente em BAL. A β-glicosidase foi a enzima que menos adsorveu em ambos os substratos. Esses resultados demonstraram o efeito da lignina presente em biomassas complexas ao promover uma maior adsorção de proteínas e de algumas enzimas do extrato enzimático de C. cubensis. Dentre os experimentos de reciclagem enzimática, todos demonstraram ser eficientes na recuperação de proteínas e enzimas adsorvidas na biomassa. A reciclagem com adição de substratos e enzimas frescas foi capaz de promover a maior eficiência de hidrólise da biomassa. Entretanto, para BAC, com elevado conteúdo de lignina, as reciclagens de enzimas e proteínas não demonstraram ser tão eficazes, bem como a hidrólise de açúcares. Desse modo, conclui-se que a lignina presente em altas concentrações nos substratos, além de promover maiores adsorções de proteínas e enzimas, também interfere nos métodos de reciclagem. Também foi comprovada a alta eficiência de reciclagem das enzimas de C. cubensis, mesmo no substrato contendo alta concentração de lignina, além da alta termoestabilidade dessas enzimas, mesmo após 216 h de hidrólise. Desse modo, é confirmado o grande potencial hidrolítico do extrato enzimático obtido desse fungo. / The efficiency of biomass hydrolysis by enzymes has some limitations, such as the possible non-specific adsorptions of enzymes in lignin. The aims of this work were to evaluate the adsorption profile of proteins and enzymes from the phytopathogenic fungus Chrysoporthe cubensis in pretreated sugarcane bagasses with different lignin contents and to evaluate the efficiency of recuperation of this enzymes and proteins using enzymatic recycling methodologies. In order to obtain the enzymatic extract, the fungus was cultivated under semi-solid state fermentation with wheat bran. The sugarcane bagasses were pretreated with NaOH (BAL) and H 2 SO 4 (BAC), in order to obtain 8.1% and 33.8% of lignin, respectively. The Langmuir isotherm obtained by the experiment under non-hydrolytic conditions showed the highest Pmax and Kp parameters for BAC, while K was higher for BAL. At the end of hydrolysis, BAC was able to adsorb greater amounts of proteins compared to BAL. The enzymes cellobiohydrolase and xylanase showed higher adsorption on BAC, and endoglucanase adsorbed mostly on BAL. β-glycosidase was the enzyme that suffered less adsorption on both substrates. These results demonstrate8d the negative effect of the lignin present in complex biomasses which promotes greater adsorption of proteins and some enzymes of the C. cubensis enzymatic extract. Among the enzymatic recycling experiments, all of them were efficient in the recovery of proteins and enzymes adsorbed in biomass. The recycling with the addition of fresh substrates and enzymes was able to promote higher biomass hydrolysis yields. However, for BAC, with high lignin content, the enzymes and proteins recycling did not show to be effective, as well as the sugars hydrolysis. Thus, it is concluded that high concentrations of lignin in the substrates, besides promoting greater adsorption of proteins and enzymes, also interferes in recycling methods. The results also demonstrated the high recycling efficiency of C. cubensis enzymes, even in the substrate containing high lignin concentration, besides the high thermostability of these enzymes, even after 216 h of hydrolysis. Thus, the great hydrolytic potential of enzymatic extract obtained from this fungus is confirmed.

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2016-09-06T11:09:52Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2678236 bytes, checksum: 53e6a3a39e7e95c93246334ce84d39d7 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-06T11:09:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2678236 bytes, checksum: 53e6a3a39e7e95c93246334ce84d39d7 (MD5) Previous issue date: 2013-09-16 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais / O uso de subprodutos agroindustriais como a biomassa são usados para gerar o etanol de segunda geração. Essa estratégia é uma opção para aumentar a produção deste combustível em 30 % sem aumentar a área plantada de cana. Dessa forma, essa estratégia pode contribuir para diminuir o uso do petróleo e seus derivados, contribuindo significativamente para a redução dos impactos ambientais. Para que a produção de etanol celulósico seja economicamente viável é necessário que estas fontes lignocelulósicas sejam fracionadas de forma a disponibilizar a maior quantidade de carboidratos possível para o processo de fermentação alcoólica. No primeiro capítulo é apresentado uma revisão sobre os diferentes métodos de pré- tratamentos existentes que vem sendo utilizados abordando suas vantagens e desvantagens nos processos de produção de etanol. No segundo capítulo foi investigado o pré-tratamento de bagaço de cana de açúcar com ácido sulfúrico diluído e hidróxido de sódio e sacarificação enzimática. Buscou-se maximizar o rendimento de glicose na hidrólise enzimática de ambos os tratamentos. Foram examinadas várias condições de pré-tratamento com ácido sulffidrico aplicando o planejamento fatorial fracionado 2³: concentração de H2SO4 de 0,5-2% (g/L), tempo de reação de 10-50 minutos, a relação sólido-líquido de 0,5-1,5 (g/L) e temperatura constante de 121°C. A análise variância (ANOVA) mostrou que a associação dos fatores utilizados nos pré-tratamentos, não teve efeito significativo (p <0,05). O pré-tratamento que apresentou melhores rendimentos em glicose foi nas seguintes condições: 1,25% de ácido sulfúrico no tempo de 30 minutos de experimento e com relação sólido-líquido de 1,0. A temperatura foi mantida constante (121°C) em todas as condições testadas. Esta condição pré-tratamento utilizada reduziu 65,7 % o teor de hemicelulose e aumentou em 16,3 % o teor de celulose devido a solubilização da hemicelulose. As concentração de produtos gerados na degradação do açúcar, tais como o ácido acético (2,91 + ou - 0.03), furfural (0,12 + ou - 0,00), 0 hidroximetilfurfural (0,03 + ou - 0,00) (g/L), foram baixos em relação a outros trabalhos na literatura, sugerindo o bom potencial do hidrolisado para fermentação. Esses resultados indicam que a solubilização de hemiceluloses (65,7 %) favoreceu alto rendimento de glicose na hidrólise enzimática (36,1 g/L) quando comparada ao material in natura (5 g/L). Espectro de Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) foi usado para determinar os principais constituintes presentes nas fibras do bagaço antes e após o pré- tratamento ácido somente. A principal diferença apresentada entre os espectros de infravermelho do bagaço de cana in natura e o pré-tratado foi encontrada em 585 e 3500 cm-¹ que referem à deformação assimétrica de grupos (C-OH) de celulose e possível estiramento de grupos (0-H) de polissacarídeos. A degradação térmica do bagaço de cana apresentados na termogravimetria apresentou dois passos de perda de massa atribuídos a liberação de umidade e decomposição do material lignocelulósico. A principal diferença apresentada entre as análises térmicas do bagaço de cana in natura e o pré-tratado no presente trabalho foi encontrada em temperaturas em torno de 200 a 400 °C que referem a degradação térmica principalmente de hemicelulose seguida de celulose. Após as etapas de pré-tratamento, os materiais lignocelulésicos apresentaram uma estrutura morfológica modificada, com as células vegetais livres de células de parénquima, conforme verificado pelas análises de Microscopia eletrônica de varredura (MEV). O pré-tratamento ácido gerou mudanças na conformação estrutural que desorganizou o bagaço e, posteriormente, facilitou o acesso das enzimas no processo de hidrólise enzimática. Foram examinadas várias condições de pré-tratamento com hidróxido de sódio após o tratamento ácido aplicando o planejamento fatorial fracionado 2³: concentração de NaOH de 1-2% (g/L), tempo de reação de 30-90 minutos, a relação sólido-líquido de O,5-1,5 (g/L) e temperatura constante de 121°C. 0 pré-tratamento básico que apresentou melhores rendimentos em glicose foi nas seguintes condições: 1% de hidróxido de sódio no tempo de 30 minutos de reação 6 com relação sólido-líquido de 1,5. A temperatura foi mantida constante (121°C) em todas as condições testadas. O coeficiente da variável S/L foi significativo e negativo, indicando que ao aumentar a relação sólido/líquido observa-se um maior rendimento em glicose na sacarificação enzimática. A ANOVA indicou que não houve ajuste do modelo, portanto a superfície de resposta não é confiável. / Agro-industrial by-products such as biomass are used to generate the second generation ethanol. This strategy is an option to increase the production of this fuel by 30%, without increasing the area planted with sugarcane. Thus, this strategy can help to raduce the use of oil and oil products, contributing significantly for the reduction of environmental impacts. For the cellulose ethanol production to be economically viable it is necessary that the lignocellulosic sources are fractionated, in order to provide the largest possible amount of carbohydrate particles available for the fermentation process. In the first chapter is presented an overview of the different existing pre-treatment methods that have been used, emphasizing on its advantages and disadvantages for the ethanol production process. In the second chapter, it was investigated the pre-treatment of sugarcane bagasse, with dilute sulfuric acid, sodium hydroxide and enzymatic saccharification. We sought to maximize the yield of glucose in the enzymatic hydrolysis of both treatments. We examined various conditions of pretreatment with sulfuric acid, by applying the fractional factorial design 2³: H2so4 concentration of 0,5- 2% (g/L); Reaction time 10-50 minutes, the solid-liquid ratio of 0,5 to 1,5 (g/L) and a constant temperature of 121°C. The analysis variance (ANOVA) showed that the combination of the factors used in the pre-treatments had no significant effect (p <0.05). The pretreatment show that the best yields of glucose was as follows: 1,25% sulfuric acid in 30 minutes time experiment and solid-liquid ratio of 1,0. The temperature was kept constant (121°C) under all conditions tested. This pre-treatment conditions used reduced 65.7% and a hemicellulose content of 16.3% increased the cellulose content due to solubilization of the hemicellulose. The concentrations of products generated by the degradation of the sugar, such as acetic acid (2,91 3: 0,03), furfural (0,12 + ou - 0,00), the hydroxymethylfurfural (0,03 + ou - 0,00) (g/L) were low compared to other studies in the literature, suggesting the potential for good hydrolyzate fermentation. These results indicate that solubilization of hemicelluloses (65,7%) resulted on high yield of glucose in the enzyme hydrolysis (36,1 g/L) compared to the material in nature (5 g/L). Infrared Fourier Transform spectrum (FTIR) was used to determine the major components present in pulp fibers before and afier the acid pretreatment alone. The main difi‘erence presented in the infrared spectra of sugarcane bagasse and the pretreated found at 585 and 3500 cm-¹ that refer to the asymmetric deformation groups (C-OH) cellulose and the stretch groups (OH) polysaccharide. The thermal degradation of sugarcane bagasse presented in thermogravimetry showed two mass loss steps attributed to the release of moisture and decomposition of the lignocellulosic material. The main difference appears between the thermal analysis of sugarcane bagasse and pre-treated in this work was found in temperatures around 200- 400 °C that refer mainly to thermal degradation of cellulose followed by hemicellulose. After the pre-treatment steps, the modified lignocellulosic material showed a morphological structure, with free plant parenchyma cells, as verified by analysis of electron microscopy scanning. The acid pretreatment has caused changes in structural conformation that disrupted the residue and subsequently facilitated access of the enzymes in an enzymatic process. Various conditions of pretreatment with sodium hydroxide, after applying the acid treatment, were examined on a fractional factorial design 23.; 1,-2% concentration of NaOH (g/L), 30-90 min reaction time compared to solid- Liquid 0,5-1,5 (g/L) and a constant temperature of 121°C. The basic pretreatment show that the best yields of glucose was as follows: 1% sodium hydroxide in time 30 minutes reaction and solid-liquid ratio of 1,5. The temperature was kept constant (121°C) under all conditions tested. The ratio S/L variable was significant and negative, indicating that the solid-liquid ratio increase observe a higher glucose yield in the saccharification enzyme. The ANOVA indicated that there was no model fit, so the response surface is unreliable. / PDF não confere com a versão impressa. E-mail enviado aos interessados no dia 30-06-16.

Tese (doutorado)-Universidade Federal do Parana / Made available in DSpace on 2016-01-08T19:27:44Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 1995

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2013-07-16T21:08:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 316860.pdf: 2287704 bytes, checksum: c42cb96f34552b97c592ab2368745c1f (MD5) / Nos últimos anos tem surgido um grande interesse mundial no desenvolvimento de tecnologias que consigam aproveitar resíduos lignocelulósicos para obtenção de açúcares fermentescíveis. O bagaço da cana-de-açúcar é o principal resíduo agroindustrial do Brasil. Por mais que o bagaço seja empregado para geração de energia, grandes excedentes continuam sem aplicação. No entanto, o bagaço apresenta uma natureza recalcitrante, devido ao arranjo estrutural formado pelos seus componentes celulose, hemicelulose e lignina. Com isso, se torna necessário uma etapa de pré-tratamento para desprender a lignina e hemicelulose fazendo com que a celulose seja liberada e esteja acessível para as enzimas celulases. Partindo desta premissa, este trabalho estudou o pré-tratamento do bagaço da cana-de-açúcar para uma sacarificação enzimática eficiente. Para tanto, foram avaliados dois métodos de pré-tratamento: um utilizando o peróxido de hidrogênio alcalino como um processo padrão e outro utilizando o peróxido de hidrogênio suplementado com cinzas (objeto de estudo do presente trabalho). Para ambos pré-tratamentos, foram determinados as melhores condições de execução através de planejamentos experimentais, avaliando as variáveis: temperatura, concentração de H2O2, agitação, concentração de cinzas e por fim o tempo reacional, obtendo como superfície de resposta o rendimento de açúcares redutores liberados durante a hidrólise enzimática. Posteriormente, foram realizadas análises de composição e identificação de estruturas químicas e caracterização morfológica no bagaço antes e após os pré-tratamentos. A melhor condição para o pré-tratamento com peróxido de hidrogênio alcalino foi de 9,39% (v/v) H2O2, 46°C de temperatura e agitação de 1,67 Hz por um período reacional de 40 minutos. Já para o pré-tratamento com peróxido de hidrogênio suplementado com cinzas, a condição de 6,32% (v/v) H2O2, 3,40% (p/v) cinzas, 60°C de temperatura e agitação de 1,67 Hz por um período reacional de 2 horas foi a condição adequada. O rendimento de açúcares redutores após 48 horas de hidrólise enzimática para o pré-tratamento com peróxido de hidrogênio alcalino foi de 217,6 mg g-1 bagaço e de 179,9 mg g-1 bagaço para o pré-tratamento com peróxido de hidrogênio suplementado com cinzas, enquanto que para o bagaço não tratado foi de apenas 74,3 mg g-1 bagaço, enquanto que o rendimento de glucose foi o mesmo para os dois pré-tratamentos, mostrando que possuem a mesma eficiência. Ambos pré-tratamentos não apresentaram modificações significativas na estrutura química do bagaço antes e após pré-tratamento. Além disso, foi possível observar uma pequena desorganização física nas fibras do bagaço. Ambos pré-tratamentos possuem a mesma eficiência no rendimento de glucose, no entanto, o pré-tratamento com peróxido de hidrogênio alcalino apresenta formação de resíduos cáusticos envolvendo uma etapa de lavagem dispendiosa e com geração de efluente, além de promover parcial degradação da hemicelulose. Desta forma o pré-tratamento com peróxido de hidrogênio suplementado com cinzas apresenta-se mais viável para uma aplicação amigável ao meio ambiente.<br> / Abstract : In the last years there is a worldwide emerging interest in the development of technologies that are able to take advantage of lignocellulosic residues to obtain fermentable sugars. The sugarcane bagasse is the principal agroindustrial residue from Brazil. Although the bagasse is used for power generation, large surplus remains still without application. Its recalcitrant nature, due to the arrangement formed by the structural components cellulose, hemicellulose and lignin, makes necessary a pretreatment step to release cellulose from lignin and hemicellulose permitting, then, cellulase enzymes to access the molecules. This work studied the efficiency of two pretreatments of the sugarcane bagasse in promoting the enzymatic saccharification: one using alkaline hydrogen peroxide as a standard process and another using hydrogen peroxide supplemented with ash. For both pretreatments, the best operational conditions were evaluated using experimental design. The variables studied were temperature, H2O2 concentration, agitation, ash concentration and reaction time; the response variable was reducing sugars released during enzymatic hydrolysis. Modifications promoted on the bagasse by the pretreatments were evaluated by analysis of chemical composition, identification of chemical structures and morphological characterization, before and after pretreatments. The best condition found for the hydrogen peroxide alkaline pretreatment was 9.39% (v/v) H2O2, 46°C temperature and stirring of 1.67 Hz for a reaction time of 40 minutes, and for hydrogen peroxide supplemented with ash pretreatment, the best condition was 6.32% (v/v) H2O2, 3.40% (w/v) ash, 60°C and 1.67 Hz stirring for a reaction time of 2 hours. The yield, expressed in reducing sugars, after 48 hours of enzymatic hydrolysis for the alkaline hydrogen peroxide pretreatment was 217.6 mg g-1 bagasse, and 179.9 mg g-1 bagasse for hydrogen peroxide ash pretreatment; the untreated bagasse gave 74.3 mg g-1 bagasse yield, whereas the yield of glucose was the same for both pre-treatment, showing that have the same efficiency. Both pretreatments showed no significant changes in the chemical structure of the pulp before and after pretreatment. Moreover, we observed a small physical clutter in the fibers of bagasse. Both pretreatments have the same efficiency in the yield of glucose, however, pretreatment with alkaline hydrogen peroxide shows formation of caustic residues involving an expensive step wash and worth generation of effluent, besides promote partial degradation of hemicellulose, therefore the pretreatment with hydrogen peroxide supplemented with ash appears more feasible for implementation.